專利名稱：啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及啁啾激光脈沖，特別是一種啁啾展寬激光脈沖光譜 整形裝置。
背景技術：
啁啾脈沖放大技術常用于產生太瓦甚至拍瓦超短超強激光脈沖實驗 裝置中，種子激光脈沖在展寬器中進行時間展寬，再進行多級放大。由 于展寬后的種子激光脈沖的功率密度過低，放大階段通常分為高增益預 放大和功率放大兩個階段。在高增益預放大階段，由于激光介質的增益 窄化效應通常導致放大的激光脈沖光譜窄化，使得最終放大后的激光脈 沖無法壓縮回原來的脈寬。應用光譜預整形技術，可以降低光譜窄化效 應，從而實現(xiàn)脈寬更窄、峰值功率密度更大的激光脈沖輸出。為了克服 超短激光脈沖放大過程中的增益窄化效應，人們提出了幾種光譜整形的 方法，諸如在光路中加載窄帶干涉濾光片與石英雙折射濾光片，采用反 射式變柵距光柵實現(xiàn)激光光譜整形的方法，這些方法在一定程度上滿足 了實驗的需要，但是也存在一些問題，諸如整形后的光譜存在一些尖峰， 改變光譜形狀比較繁瑣，對光路調節(jié)精度要求比較高，穩(wěn)定性不好，器 件加工比較困難等。
發(fā)明內容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種啁 啾展寬激光脈沖光譜整形裝置。該整形裝置不需復雜的光路和機械裝置， 改變光譜形狀非常方便，操作靈活，效率高，容易嵌入到啁啾脈沖多級
^^大系^^中去
本實用新型是基本原理如下
種子激光脈沖經(jīng)過光柵展寬，耦合到單模光纖中，經(jīng)過加載有門電 脈沖的集成波導調制器選取激光單脈沖，再經(jīng)過加載有整形電脈沖的集 成波導調制器進行時間整形，從而實現(xiàn)光譜整形。
設種子激光脈沖電場強度為
<formula>formula see original document page 3</formula>(1) 經(jīng)過展寬器展寬后
<formula>formula see original document page 3</formula>(2)
式中<formula>formula see original document page 3</formula>分別為群延時、
群速色散系數(shù)。
在集成波導調制器中進行時間整形:
(3)
S(0為整形后激光脈沖電場強度隨時間分布函數(shù)。式中
,(,) 《+^2]化} (4)
式中^,^/2分別為電光調制晶體的半波電壓和四分之一電壓，W,)為 整形電脈沖電壓，^是直流偏置電壓。
對(3)式進行傅立葉變換可得到電場強度在頻域內的分布
(5)
(6)
所以整形后的激光脈沖的光譜形狀為 本實用新型的技術解決方案如下
一種啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝置，其特點在于該裝置由鎖 模激光器、光柵展寬器、透鏡、脈沖取樣器、光纖分束器、光纖放大器、 同步光電轉換裝置、整形電脈沖發(fā)生器和集成波導電光調制器構成，其 位置關系是鎖模激光器輸出的待整形的超短激光脈沖，經(jīng)光柵展寬器 展寬，再經(jīng)透鏡耦合到第一單模光纖的輸入端，該第一單模光纖的輸出 端接所述的脈沖取樣器的輸入端，該脈沖取樣器的輸出端通過第二單模 光纖接所述的光纖分束器，該光纖分束器的第一輸出端接所述的光纖放 大器的輸入端，該光纖放大器的輸出端經(jīng)第五單模光纖接所述的同步光 電轉換裝置，該同步光電轉換裝置的輸出端通過第一同軸電纜接所述的 整形電脈沖發(fā)生器輸入端，該整形電脈沖發(fā)生器的輸出端通過第二同軸 電纜接所述的集成波導電光調制器第一輸入端；所述的光纖分束器第二 輸出端經(jīng)第三單模光纖接所述的集成波導電光調制器的第二輸入端，待 整形的超短激光脈沖經(jīng)過整形電脈沖調制后由第四單模光纖輸出，光譜 得到了整形。
上述啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置進行激光脈沖光譜整形的方 法，包括下列步驟
①光柵展寬器對接近傅立葉變換限的超短種子激光脈沖進行啁啾展 寬，使激光脈沖的頻率間隔和時間間隔成線性對應關系； ' ②脈沖取樣器對高重復頻率激光脈沖序列選取單單脈沖，使展寬后 的激光脈沖的重復頻率降低為1HZ;
③應用光纖分束器進行激光脈沖分束，通過同步光電轉換裝置產生 同步的觸發(fā)電脈沖，推動整形電脈沖發(fā)生器產生整形電脈沖，使之與待
整形激光脈沖保持高度同步；
④應用整形電脈沖發(fā)生器產生的整形電脈沖輸入所述的集成波導電 光調制器，對由所述的光纖分束器第二輸出端經(jīng)第三單模光纖輸入所述 的集成波導電光調制器的第二輸入端的待整形的超短激光脈沖進行電脈 沖整形調制，由第四單模光纖輸出。
本實用新型的技術效果
1、 該光譜整形方案可以得到光滑無調制的整形光譜波形。
2、 該光譜整形方案無復雜的光路，激光脈沖主要在光纖中傳輸，調 節(jié)方便，穩(wěn)定性高。
3、 該光譜整形方案可以非常方便的改變光譜波形，只需改變整形電 脈沖波形。
4、 該光譜整形方案中激光脈沖經(jīng)過展寬、選取單脈沖，因此可以非 常容易的嵌入到啁啾激光脈沖放大系統(tǒng)中去
圖1為本實用新型啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置的結構示意圖。
圖2為三個不同調制深度的整形電脈沖波形。
圖3為對應圖2中三個不同調制深度整形電脈沖調制后的激光脈沖 光譜形狀。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限 制本實用新型的保護范圍。
先請參閱圖1，圖1為本實用新型啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置 的結構示意圖。由圖可見，本實用新型啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝 置，由鎖模激光器l、光柵展寬器2、透鏡3、脈沖取樣器5、光纖分束 器6、光纖放大器7、同步光電轉換裝置8、整形電脈沖發(fā)生器10和集 成波導電光調制器11構成，其位置關系是所述的鎖模激光器1輸出的 超短激光脈沖，經(jīng)光柵展寬器2展寬，再經(jīng)透鏡3耦合到第一單模光纖 41的輸入端，該第一單模光纖41的輸出端接脈沖取樣器5的輸入端， 該脈沖取樣器5的輸出端通過第二單模光纖42接所述的光纖分束器6， 該光纖分束器6的第一輸出端接所述的光纖放大器7的輸入端，該光纖 放大器7的輸出端經(jīng)第五單模光纖45接fjf述的同步光電轉換裝置8，該 同步光電轉換裝置8的輸出端通過第一同軸電纜91接所述的整形電脈沖 發(fā)生器10輸入端，該整形電脈沖發(fā)生器10的輸出端通過第二同軸電纜 92接所述的集成波導電光調制器11第一輸入端；所述的光纖分束器6 第二輸出端經(jīng)第三單模光纖43接所述的集成波導電光調制器11的第二 輸入端，待整形的超短激光脈沖在這里經(jīng)過整形電脈沖調制后，由第四 單模光纖44輸出，光譜得到了整形。
所述的啁啾展寬激光脈沖光譜整形裝置進行激光脈沖光譜整形的過
程包括下列步驟 .
① 光柵展寬器2對由鎖模激光器1輸入的接近,立葉變換限的超短 種子激光脈沖進行啁啾展寬，使激光脈沖的頻率間隔和時間間隔成線性 對應關系；
② 脈沖取樣器5對輸入的已啁啾展寬的高重復頻率激光脈沖序列選 取單脈沖，使展寬后的激光脈沖的重復頻率降低為1HZ;
③ 所述的光纖分束器6進行激光脈沖分束，較弱的光束通過同步光 電轉換裝置8產生同步的觸發(fā)電脈沖，推動整形電脈沖發(fā)生器IO產生整 形電脈沖，使之與待整形激光脈沖保持高度同步；
④ 應用整形電脈沖發(fā)生器10產生的整形電脈沖輸入所述的集成波 導電光調制器11，對由所述的光纖分束器6第二輸出端經(jīng)第三單模光纖 43輸入所述的集成波導電光調制器11的第二輸入端的待整形的超短激 光脈沖進行電脈沖整形調制，由第四單模光纖44輸出。
為了便于理解本實用新型提出的光譜整形方案，用以下實施例對本
方案進行描述，并數(shù)值計算了整形電脈沖波形和整形前后的光譜波形
① 鎖模激光器1輸出220fs的種子激光脈沖，光譜半極大全寬為 7.4nm。
② 經(jīng)過光柵展寬器2，種子激光脈沖被線性展寬到1.2ns。
③ 通過透鏡3耦合到單模光纖中。
④ 由取樣器5由集成波導調制器和1Hz方波脈沖發(fā)生器構成，選取 單脈沖，激光脈沖頻率降為lHz。
⑤ 激光脈沖通過單模光纖導入到光纖分束器6，激光脈沖分為兩束， 較弱的一束經(jīng)過光纖放大器7進行放大，然后去同步光電轉換裝置8產 生同步觸發(fā)電脈沖，用該電脈沖去觸發(fā)整形電脈沖發(fā)生器10產生整形電
脈沖o
⑥ 由光纖分束器6輸出的較強的一束激光脈沖，經(jīng)過第三單模光纖 43進行延時，和整形電脈沖同時被導入到集成波導電光調制器ll，激光 脈沖經(jīng)過電光調制，時間上被整形，由于線性啁啾激光脈沖頻率間隔和 時間間隔的線性對應，整形后的激光脈沖的光譜波形和時間波形同樣。
如圖2所示的整形電脈沖電壓波形隨時間分布。圖3是對應的光譜 形狀，實線對應激光脈沖未整形時的光譜。圖3中激光脈沖的光譜經(jīng)過 整形后，經(jīng)測試，不但波形由高斯狀變?yōu)槠巾數(shù)某咚剐螤睿踔林虚g 可呈現(xiàn)凹陷，而且光譜半極大全寬寬度比整形前加寬了 1 4nm。
權利要求1、一種啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝置，其特征在于該裝置由鎖模激光器(1)、光柵展寬器(2)、透鏡(3)、脈沖取樣器(5)、光纖分束器(6)、光纖放大器(7)、同步光電轉換裝置(8)、整形電脈沖發(fā)生器(10)和集成波導電光調制器(11)構成，其位置關系是鎖模激光器(1)輸出的超短激光脈沖，經(jīng)光柵展寬器(2)展寬，再經(jīng)透鏡(3)耦合到第一單模光纖(41)的輸入端，該第一單模光纖(41)的輸出端接脈沖取樣器(5)的輸入端，該脈沖取樣器(5)的輸出端通過第二單模光纖(42)接所述的光纖分束器(6)，該光纖分束器(6)的第一輸出端接所述的光纖放大器(7)的輸入端，該光纖放大器(7)的輸出端經(jīng)第五單模光纖(45)接所述的同步光電轉換裝置(8)，該同步光電轉換裝置(8)的輸出端通過第一同軸電纜(91)接所述的整形電脈沖發(fā)生器(10)輸入端，該整形電脈沖發(fā)生器(10)的輸出端通過第二同軸電纜(92)接所述的集成波導電光調制器(11)第一輸入端；所述的光纖分束器(6)第二輸出端經(jīng)第三單模光纖(43)接所述的集成波導電光調制器(11)的第二輸入端，待整形的超短激光脈沖經(jīng)過整形電脈沖調制后由第四單模光纖(44)輸出，光譜得到了整形。
專利摘要一種啁啾展寬激光脈沖的光譜整形裝置，由鎖模激光器、光柵展寬器、透鏡、脈沖取樣器、光纖分束器、光纖放大器、同步光電轉換裝置、整形電脈沖發(fā)生器和集成波導電光調制器構成，本實用新型可實現(xiàn)對放大前的啁啾展寬脈沖進行光譜預整形，大大減小了啁啾脈沖放大系統(tǒng)中的增益窄化效應。該裝置不需復雜的光路和機械裝置，改變光譜形狀非常方便，操作靈活，效率高，容易嵌入到啁啾脈沖多級放大系統(tǒng)中去。
文檔編號G02F1/365GK201212935SQ20082015046
公開日2009年3月25日 申請日期2008年7月2日 優(yōu)先權日2008年7月2日
發(fā)明者姜有恩, 李學春, 林尊琪, 雪 潘, 王江峰, 王艷海, 巖 鮑 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所